CN116258801B - 一种数字虚拟对象的毛发处理方法、装置及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种数字虚拟对象的毛发处理方法、装置及存储介质，其中，该方法包括：实时获取数字虚拟对象的毛发中毛发发根速度向量信息；根据所述发根速度向量信息的变化确定毛发运动状况；根据所述毛发运动状况将毛发的运动状况在运动状态与初始形态之间切换。本发明实施例与现有技术相比，可通过发根速度大小来自动判断过渡时机并执行运动状态和初始形态状态之间切换，能够将虚拟对象的毛发在大幅运动后并受碰撞阻挡的散乱状态恢复到初始形态，并兼顾较好的运动状态、碰撞、初始形态。
Description
技术领域
本发明涉及云计算领域，具体涉及一种数字虚拟对象的毛发处理方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
本部分向读者介绍可能与发明实施例的各个方面相关的背景技术，相信能够向读者提供有用的背景信息，从而有助于读者更好地理解本发明实施例的各个方面。因此，可以理解，本部分的说明是用于上述目的，而并非构成对现有技术的承认。
UE，是软件Unreal Engine的简称，中文名称为虚幻引擎。虚幻引擎是由EpicGames公司推出的一款游戏开发引擎。虚幻引擎4中已经提供了真实感更强的Groom毛发渲染和基于Niagara发射器的毛发动力学模拟。虚幻引擎内置有毛发解算器，数字人长发在应用碰撞并通过调节发丝刚性、粗度等解算参数，可以获得较理想的物理运动状态。
在使用虚幻引擎内置的毛发解算器时，长度较长的毛发通过现有的模拟参数调节动力学模拟效果的过程中会遇到一些难以解决的问题。例如，毛发在大幅运动后，无法将受碰撞阻挡的散乱毛发重新回到初始形态，以及无法同时兼顾较好的运动状态、碰撞、初始形态等。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种数字虚拟对象的毛发处理方法、装置、设备及存储介质，可以将虚拟对象的毛发在大幅运动后并受碰撞阻挡的散乱状态恢复到初始形态，并能兼顾较好的运动状态、碰撞、初始形态。
第一方面，本发明提供了一种数字虚拟对象的毛发处理方法，包括：
实时获取数字虚拟对象的毛发中毛发发根速度向量信息；
根据所述发根速度向量信息的变化确定毛发运动状况；
根据所述毛发运动状况将毛发的运动状况在运动状态与初始形态之间切换。
第二方面，本发明实施例还提供一种数字虚拟对象的毛发处理装置，包括：
信息获取单元，用以实时获取数字虚拟对象的毛发中毛发发根速度向量信息；
毛发运动状况获取单元，用以根据所述发根速度向量信息的变化确定毛发运动状况；
毛发运动状况切换单元，用以根据所述毛发运动状况将毛发的运动状况在运动状态与初始形态之间切换。
第三方面，本发明实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器读取并执行，使得所述一个或多个处理器实现如上述的数字虚拟对象的毛发处理方法。
第四方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的数字虚拟对象的毛发处理方法。
由上述技术方案可知，本发明实施例提供的一种数字虚拟对象的毛发处理方法、装置、设备及存储介质，与现有技术相比，可通过发根速度大小来自动判断过渡时机，并执行运动状态和初始形态状态之间切换，能够将虚拟对象的毛发在大幅运动后并受碰撞阻挡的散乱状态恢复到初始形态，并兼顾较好的运动状态、碰撞、初始形态。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一个实施例中数字虚拟对象的毛发处理系统结构示意图；
图2为本发明一个实施例中数字虚拟对象的毛发处理方法流程示意图；
图3为本发明一个实施例中数字虚拟对象的毛发处理方法的部分流程示意图；
图4为本发明一个实施例中数字虚拟对象的毛发处理方法的驱动曲线示意图；
图5为本发明一个实施例数字虚拟对象的毛发处理装置结构示意图；
图6为本发明一个实施例数字虚拟对象的毛发处理装置的毛发运动状况获取单元结构示意图；
图7为本发明一个实施例数字虚拟对象的毛发处理装置的毛发运动状况获取单元结构示意图；
图8为本发明一个实施例中运行本说明书实施例的数字虚拟对象的毛发处理方法的电子设备一种硬件结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。
数字虚拟对象，指人或动物的三维虚拟模型，可应用于直播、游戏等应用中。
下面说明本申请实施例提供的数字虚拟对象的毛发处理方法的实施场景。参见图1，终端2通过网络3连接云服务器1实现数据传输。终端2，用于响应于针对数字虚拟对象的毛发处理指令，发送位置数据获取请求至云服务器1，该位置数据获取请求，用于获取数字虚拟对象的毛发中各毛发粒子的物理模拟位置；其中，该物理模拟位置为基于毛发粒子的初始位置，对毛发粒子在真实物理运动时的位置进行物理模拟所得到。云服务器1，用于接收终端2发送的位置数据获取请求；响应于位置数据获取请求，将数字虚拟对象的毛发中各毛发粒子的物理模拟位置返回至终端2。终端2，用于接收云服务器1返回的毛发中各毛发粒子的物理模拟位置；基于各毛发粒子的物理模拟位置进行毛发的渲染处理，得到渲染后的毛发；显示渲染后的毛发。
在一些实施例中，本申请实施例提供的数字虚拟对象的毛发处理方法可以由各种电子设备实施，例如，可以由终端单独实施，也可以由云服务器1单独实施，也可以由终端和云服务器1协同实施。例如终端独自执行本申请实施例提供的数字虚拟对象的毛发处理方法，或者，终端向云服务器1发送针对数字虚拟对象的毛发处理请求，云服务器1根据接收的毛发处理请求执行本申请实施例提供的数字虚拟对象的毛发处理方法。本申请实施例可应用于各种场景，包括但不限于云技术、人工智能、智慧交通、辅助驾驶等。
下面说明本申请实施例提供的数字虚拟对象的毛发处理方法。以终端实施为例，参见图2，本申请实施例提供的数字虚拟对象的毛发处理方法包括：
首先，介绍S1实时获取数字虚拟对象的毛发中毛发发根速度向量信息。
在本发明实施例中，终端可以设置有用于对数字虚拟对象的毛发进行处理（比如生成虚拟场景中数字虚拟对象的毛发的特效）的应用程序，终端通过运行相应的应用程序实现数字对虚拟对象的毛发的处理。在本申请实施例中，该毛发中毛发粒子的初始位置可以是：1、当毛发的毛发粒子模型处于初始形态时，毛发粒子模型中每个毛发粒子的模型位置可以作为该初始位置，该毛发粒子模型为（如设计人员）针对数字虚拟对象的毛发所制作的；2、毛发粒子在毛发的骨骼蒙皮动画中所对应的动画位置可以作为该初始位置；3、毛发粒子在毛发当前的位置作为初始位置。
该毛发粒子的物理模拟位置，为基于毛发粒子的初始位置，对毛发粒子在真实物理运动时的位置进行物理模拟所得到。即通过对毛发粒子的运动状态进行物理模拟，得到毛发粒子在每个运动时刻下的空间位置。需要说明的是，所获取的物理模拟位置为毛发粒子在真实物理运动时一个运动时刻下的空间位置。在一些实施例中，终端可通过如下方式获取各毛发粒子的物理模拟位置：针对各毛发粒子，分别执行如下处理：获取毛发粒子的边界约束参数和运动参数，边界约束参数为毛发粒子在运动时所能够到达的最远位置，运动参数包括毛发粒子的运动速度和运动方向；基于边界约束参数和运动参数，对毛发粒子的初始位置进行调整，得到毛发粒子的物理模拟位置。
在本发明实施例中，采用毛发发根的速度检测发根的运动状态。可以通过外部的DCC软件（Digital Content Creation，即数字内容创作）制作获得毛发资产Groom；例如通过maya（一种三维动画仿真渲染软件）制作获得毛发资产，在获得毛发资产之后，可以使用虚幻引擎内置的Niagara毛发解算器为毛发添加动力学模拟效果。在本发明实施例中，通过虚幻引擎的毛发解算器的各种关键变量来体现和设置毛发的不同参数，可以采用毛发解算器的关键变量-碰撞速度（Transient.CollisionVelocity，粒子的瞬时碰撞速度）表征发根速度。可以根据粒子的碰撞速度，检测发根的运动状态。发根的速度向量体现毛发的运动方向和运动速度。例如，发根的速度向量长度为零则代表当前毛发处于初始形态（静止状态）；发根速度向量长度不为零，则代表当前毛发处于运动状态。当毛发遇到碰撞时，毛发则会由之前的初始形态或运动状态转变为更为剧烈的运动状态或者由剧烈的运动状态转变为初始形态或运动状态。毛发运动由多个引导点驱动，引导点由粒子模拟驱动。例如，关键变量Particles.Node Position用于表征毛发动力学模拟引导线的粒子位置，多个引导线粒子组成引导线，通过驱动引导线可以同时驱动多根毛发。引导曲线可以但不限于为允许调整形状的几何曲线，例如CV曲线、EP曲线、Bezier曲线等。调整引导曲线的方式可以但不限于将引导曲线上的某一或多端点作为控制点，并对控制点执行拖动操作，在拖动操作的执行过程中，引导曲线也会随着控制点的位置变化而自动调整自身的形状。可选的，引导曲线中控制点的数量与引导曲线的平滑度呈正比。在一个数字虚拟对象中可以采用多个引导线分别代表处于不同位置的或者不同状态的多根毛发。在本发明实施例中，可以采用粒子的关键变量初始造型Transient.TargetPosition用来插值还原到初始形态。可以采用粒子的关键变量物理解算驱动造型Particles.NodePosition用来插值切换到运动状态。应用上述实施例，通过对毛发的毛发粒子在真实物理运动时的位置进行物理模拟，可以还原毛发的真实动态感，从而增加毛发的真实感效果。
接下来对S2根据所述发根速度向量信息的变化确定毛发运动状况进行说明。
如图3所示，本发明实施例中，采用虚幻引擎内置的Niagara毛发解算器，例如：以StableSpringsSystem毛发解算器为例进行修改扩展。该解算器路径位于毛发资产Groom插件目录：/HairStrands/Emitters/StableSpringsSystem。具体例如：构造触发时间变量：该变量的值利用引擎 DeltaSeconds线性累加或累减获得。构造插值变量：实际用来执行形态切换的插值变量Alpha。本发明实施例中，如果发根速度向量的长度为零则代表发根静止；如果发根速度向量的长度不为零则代表发根处于运动状态。对发根速度向量的前后对比可以直接体现出发根处于加速、匀速或减速状况。通过判断每帧发根速度向量的长度并利用引擎Delta Seconds线性累加或累减获得触发时间变量。获取发根速度向量的长度，并与预设阈值比较；如果发根速度向量的长度大于预设阈值，则累加触发时间；如果发根速度向量的长度等于预设阈值，则代表保持当前匀速的状态，不改变触发时间；如果发根速度向量的长度小于预设阈值，则累减触发时间。例如，预设阈值设置为100，如果超过预设阈值100则认为当前毛发在运动。在本发明实施例中，为了方便用来驱动曲线做更细致的控制，触发时间随时间递增或者递减，将触发时间的范围定义为0-1之间。如图3所示，根据触发时间变量生成触发时间驱动曲线，通过触发时间驱动曲线获得毛发插值变量。
最后，介绍S3根据所述毛发运动状况将毛发的运动状况在运动状态与初始形态之间切换。
如图3和图4所示，毛发插值变量大小可以从触发时间驱动曲线获得。如果当前帧的毛发插值变量相较于前一帧的毛发插值变量递增，且触发时间大于或等于预设数值，例如0.5s，表明毛发的运动状态由初始形态向运动状态过渡或者由运动幅度比较小的状态向运动幅度比较大的状态过渡，则将当前帧毛发插值变量设为1，即使用物理解算形态；如果当前帧插值变量相较于前一帧的毛发插值变量递减，表明毛发的状态由运动状态向初始形态转变或者由运动幅度比较大的状态向运动幅度比较小的状态过渡，则将当前帧毛发插值变量设置为曲线过渡值，即由物理解算形态过渡至初始形态。在本发明实施例中，由初始形态过渡到运动需要更快的倍率，防止运动启动缓慢的僵硬感。而由运动状态过渡到初始形态时则需要慢一些。在本发明实施例中为了有效避免抖动状况出现，在插值变量过渡变动时，将毛发的发根运动速度清零。例如，可以采用虚幻引擎的内置毛发解算器中的解算模块AttachGroomRoots内部实现。
本发明实施例中，采用虚幻引擎的Niagara内置毛发解算器，使用脚本模块（Export Particle Data To Blueprint）将发根速度向量Transient.CollisionVelocity的长度传递给蓝图（BluePrint是Epic Games 针对虚幻4引擎开发的可视化脚本语言），再由蓝图传回该NiagaraSystem（粒子系统）使用，粒子系统将 Transient（瞬时特效）数据传到EmitterStage（发射器头部发射器堆栈）进行毛发的渲染处理，得到渲染后的毛发。
综上所述，本发明实施例提供的数字虚拟对象的毛发处理方法，通过对虚幻引擎内置毛发解算器进行修改扩展。利用对虚幻引擎的发射器中的运动状态和初始形态两者进行插值来使毛发在运动状态和初始形态状态之间进行切换，并通过发根速度大小来判断具体执行插值过渡的时机。可自动判断过渡时机并执行状态切换，用以兼顾较好的运动状态、碰撞、初始形态这三项。并能够将数字虚拟对象的毛发在大幅运动后并受碰撞阻挡的散乱状态恢复到初始形态。
本发明还提供一种数字虚拟对象的毛发处理装置，如图5所示，所述装置包括：信息获取单元21，用以实时获取数字虚拟对象的毛发中毛发发根速度向量信息；毛发运动状况获取单元22，用以根据所述发根速度向量信息的变化确定毛发运动状况；毛发运动状况切换单元23，用以根据所述毛发运动状况将毛发的运动状况在运动状态与初始形态之间切换。
如图6所示，在前述装置实施例的基础上，所述毛发运动状况获取单元22还包括：第一判断模块221；所述第一判断模块用于判断发根速度向量的长度是否满足第一条件；所述第一条件为发根速度向量的长度是否大于预设阈值；触发时间处理模块222，用于，若所述第一判断模块判断出所述发根速度向量的长度大于预设阈值，则累加触发时间；或，若所述第一判断模块判断出所述发根速度向量的长度小于预设阈值，则累减触发时间。
如图7所示，在前述装置实施例的基础上，所述毛发运动状况切换单元23还包括：第二判断模块231；所述第二判断模块用于判断当前帧动画中的毛发插值变量是否满足第二条件；所述第二条件为：将当前帧动画中的毛发插值变量与上一帧动画中的毛发插值变量相比是否递增或递减；毛发运动状况切换模块232，用于若所述第二判断模块判断出当前帧毛发插值变量递增，且对应的触发时间大于或等于预设数值，则将当前帧毛发插值变量设为1；或，若所述第二判断模块判断出当前帧毛发插值变量递减，则将当前帧毛发插值变量设置为曲线过渡值。
本说明书实施例提供的数字虚拟对象的毛发处理装置，其实现过程与本申请实施例提供的数字虚拟对象的毛发处理方法一致，所能达到的效果也与本申请实施例提供的数字虚拟对象的毛发处理方法相同，在此不再赘述。
本发明实施例还提供一种电子设备，如图8所示，所述电子设备包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本说明书实施例中上述数字虚拟对象的毛发处理方法的各个步骤。本说明书实施例提供的电子设备，其实现过程与本申请实施例提供的数字虚拟对象的毛发处理方法一致，所能达到的效果也与本申请实施例提供的数字虚拟对象的毛发处理方法相同，在此不再赘述。
本说明书的实施例提供了一种计算机可读存储介质，该存储介质上存储有计算机程序，这些计算机程序在被处理器运行时，执行本说明书实施例中上述数字虚拟对象的毛发处理方法的各个步骤。本说明书实施例提供的计算机可读存储介质，其实现过程与本申请实施例提供的数字虚拟对象的毛发处理方法一致，所能达到的效果也与本申请实施例提供的数字虚拟对象的毛发处理方法相同，在此不再赘述。
以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种数字虚拟对象的毛发处理方法，其特征在于，包括：
实时获取数字虚拟对象的毛发中毛发发根速度向量信息；
根据所述发根速度向量信息的变化确定毛发运动状况；
根据所述毛发运动状况将毛发的运动状况在运动状态与初始形态之间切换；
根据所述发根速度向量信息的变化确定毛发运动状况还包括：
获取发根速度向量的长度，并与预设阈值比较；
如果发根速度向量的长度大于预设阈值，则累加触发时间；
如果发根速度向量的长度小于预设阈值，则累减触发时间；
根据所述发根速度向量信息的变化确定毛发运动状况包括：
根据毛发的所述触发时间生成触发时间驱动曲线，通过触发时间驱动曲线获得毛发插值变量；
根据所述毛发运动状况将毛发的运动状况在运动状态与初始形态之间切换包括：
将当前帧动画中的毛发插值变量与上一帧动画中的毛发插值变量相比；
如果当前帧毛发插值变量递增，且对应的触发时间大于或等于预设数值，则将当前帧毛发插值变量设为1；
如果当前帧毛发插值变量递减，则将当前帧毛发插值变量设置为曲线过渡值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述毛发发根速度是通过粒子的关键变量碰撞速度得到的。
3.一种数字虚拟对象的毛发处理装置，其特征在于，包括：
信息获取单元，用以实时获取数字虚拟对象的毛发中毛发发根速度向量信息；
毛发运动状况获取单元，用以根据所述发根速度向量信息的变化确定毛发运动状况；
毛发运动状况切换单元，用以根据所述毛发运动状况将毛发的运动状况在运动状态与初始形态之间切换；
所述毛发运动状况获取单元还包括：
第一判断模块；所述第一判断模块用于判断发根速度向量的长度是否满足第一条件；
所述第一条件为发根速度向量的长度是否大于预设阈值；
触发时间处理模块，用于，
若所述第一判断模块判断出所述发根速度向量的长度大于预设阈值，则累加触发时间；或，
若所述第一判断模块判断出所述发根速度向量的长度小于预设阈值，则累减触发时间；
所述毛发运动状况切换单元还包括：
第二判断模块；所述第二判断模块用于判断当前帧动画中的毛发插值变量是否满足第二条件；
所述第二条件为：将当前帧动画中的毛发插值变量与上一帧动画中的毛发插值变量相比是否递增或递减；
毛发运动状况切换模块，用于，
若所述第二判断模块判断出当前帧毛发插值变量递增，且对应的触发时间大于或等于预设数值，则将当前帧毛发插值变量设为1；或，
若所述第二判断模块判断出当前帧毛发插值变量递减，则将当前帧毛发插值变量设置为曲线过渡值；
其中，毛发运动状况获取单元根据毛发的所述触发时间生成触发时间驱动曲线，通过触发时间驱动曲线获得毛发插值变量。
4.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器读取并执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-2中任意一项所述的数字虚拟对象的毛发处理方法。
5.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序或指令，其特征在于，该程序或指令被处理器执行时实现如权利要求1-2中任意一项所述的数字虚拟对象的毛发处理方法。
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